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ÓPTICA
FÍSICA IV
CECyT No. 8
ING. OSORIO MONDRAGÓN OSIRIS JAZMÍN
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ÓPTICA
• Es la rama de la Física que se
encarga del estudio de los
fenómenos luminosos.
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NATURALEZA DE LA LUZ
• TEORÍA CORPUSCULAR (Isaac Newton)
Todo cuerpo luminoso o fuente luminosa
desprende partículas muy pequeñas que
viajan a velocidades muy grandes.
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• TEORÍA ONDULATORIA (Christian Huygens)
La luz se propaga en forma de ondas de
energía, las cuales se propagan a través de
un medio material llamado eter.
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• TEORÍA CUANTICA (Max Planck)
La energía luminosa se transporta en base a
partículas o corpúsculos especiales
llamados “cuantos” (fotones) que propagan a
través de ondas.
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FOTONES
• Los fotones son partículas formadas por cargas
eléctricas en movimiento que producen de
forma simultánea un campo eléctrico y
magnético, dichas partículas se propagan a la
velocidad de la luz como ondas
electromagéticas. Este tipo de partículas NO
poseen masa, pero se manifiestan como tal ya
que concentran la energía, su movimiento y sus
efectos en regiones específicas del espacio.
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PROPAGACIÓN DE LA LUZ
• Se propaga en forma rectilínea.
• La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil
Km/s.
• Los medio en los cuales se propaga la luz esta
clasificados en: Cuerpos opacos, transparentes
y traslúcido.
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ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE
LA LUZ
• Relación de la magnitud de la velocidad
de la luz en el aire o vacío entre la
velocidad de la luz en un medio material.
C
n = ------
v
C = Velocidad de la luz en el aire o vacío 3 x 108 m/s
v = Velocidad de la luz en otro medio m/s.
n = Índice de refracción de la luz
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ILUMINACIÓN
• Es la cantidad de luz que reciben las superficies de los
cuerpos, en el S.I. se mide en lux.
• Un lux es la iluminación producida por una candela o
bujía decimal en una superficie de 1 m2 que se
encuentra en un metro de distancia.
1 watt = 1.1 candelas = 1.1 bujía decimal
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LEY DE ILUMINACIÓN
• También se le conoce como la Ley inversa del cuadrado y es
consecuencia de la propagación lineal de la luz, por lo tanto esta ley
nos dice que:
“La iluminación que recibe un superficie es directamente
proporcional a la intensidad de la fuente luminosa, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que existe entre la fuente y
la superficie”.
E = Iluminación (lux).
I = Intensidad de la fuente luminosa en candelas (cd).
d = Distancia de la fuente a la superficie (m).
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FENÓMENOS DE LA LUZ
• DISPERSIÓN:
– Es la separación de la luz en sus diferentes
longitudes de onda que la componen, al
pasar un haz de luz blanca a través de un
prisma de cristal.
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ESPECTRO
ELECTROMAGNÉTICO
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INTERFERENCIA
• La interferencia obedece al principio de
superposición de ondas y a la interferencia
constructiva y destructiva, en el caso de la luz se
puede observar una interferencia constructiva en las
zonas mas claras y una interferencia destructiva en
las zonas mas obscuras.
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POLARIZACIÓN
• Es el proceso por medio del cuál las
oscilaciones transversales de un
movimiento ondulatorio están confinadas
a un patrón definido.
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ESPEJOS ESFÉRICOS
• Un espejo esférico es una superficie que pulida
que al incidir la luz es capaz de reflejarla,
siguiendo las leyes de la reflexión. Los tipos de
espejos que existen son: cóncavos y convexos.
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ESPEJO CÓNCAVO
V = Vértice del espejo.
C = Centro de la curvatura.
CV = Eje del espejo.
MN = Rayo de luz paralelo
F = Foco.
ƒ = Longitud focal.
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ESPEJO CONVEXO O
DIVERGENTE
Para un espejo convexo se aplica la misma fórmula que para el espejo cóncavo
solo que ƒ y R toman el signo negativo.
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FORMACIÓN DE IMÁGENES
EN ESPEJOS ESFÉRICOS
Rayo 1: Un rayo paralelo al eje del espejo pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o parece
provenir del punto focal del espejo convexo.
Rayo 2: Un rayo que pasa a través del punto focal de un espejo cóncavo o que se dirige al punto focal
de un espejo convexo se refleja paralelamente al eje del espejo.
Rayo 3: Un rayo que avanza a lo largo de un radio del espejo se refleja a lo largo de su trayectoria
original.
La imagen se forma en el punto donde se unen todos los rayos.
O es el objeto; C es el centro de curvatura
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IMÁGENES FORMADAS EN ESPEJOS
CONVERGENTES A DIFERENTES DISTANCIAS
(a) Objeto “O” mas lejos del
centro de curvatura “C”.
(b) Objeto “O” en el centro de
curvatura “C”.
(c) Objeto “O” entre el centro
de curvatura “C” y el foco
“F”.
(d) Objeto “O” en el foco “F”.
(e) Objeto “O” entre el foco
“F” y el vértice “V”.
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ECUACIÓN DEL ESPEJO
OV = p = Distancia al objeto.
IV = q = Distancia a la imagen.
CV = R = Radio de curvatura.
OA = y = Tamaño del objeto.
IB = y’ = Tamaño de la imagen.
p y q son (+) Objetos reales y (-)
para imágenes virtuales.
R y ƒ son (+) espejos cóncavos y (-)
para espejos convexos.
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Amplificación
• Las imágenes formadas en los espejos esféricos pueden ser
más grandes o más pequeños. El tamaño del objeto se llama
amplificación es la relación entre el tamaño del objeto y la
imagen.
• El tamaño se refiere a cualquier dimensión real: largo, ancho
o diámetro.
q = Distancia a la imagen.
p = Distancia al objeto.
M = Ampliación
(-) Si la imagen esta invertida.
(+) Si la imagen esta en posición normal.
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ABERRACIÓN ESFÉRICA
• Este fenómeno se
presenta cuando
algunos rayos que
provienen de los
objetos inciden cerca
de los bordes externos
y son enfocados a
diferentes puntos sobre
el eje.
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LENTES
• Las lentes son objetos transparentes con
al menos una de sus superficie curvas,
Las lentes están basadas en el índice de
refracción que experimentan los rayos al
incidir en las superficies de la lente.
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USOS
• Las lentes son comúnmente utilizadas
para:
– Corregir problemas de la vista.– Miopía: Lentes divergentes.
– Hipermetropía: Lentes convergentes.
– Astigmatismo: Lentes cilíndricas o toricas.
– Combinaciones de lentes para microscopios y
telescopios.
– Microscopios electrónicos.
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• Lentes gravitatorias o gravitacional para
astrofísica.
• Cámaras fotográficas.
• Lupas.
• Fotocopiadoras.
• Binoculares.
• Proyectores.
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TIPOS DE LENTES
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LENTES CONVERGENTES
• Es la que refracta y converge la luz
paralela hacia un punto focal situado más
allá de la lente.
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LENTES DIVERGENTES
• Este tipo de lente refracta y diverge la luz
paralela a partir de un punto situado frente
a la lente.
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LONGITUD FOCAL
• Es la distancia del centro óptico de la lente
a cualquiera de sus focos.
• ƒ no es igual a la mitad del radio sino que
depende de n y de los radios de curvatura.
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ECUACIÓN DEL FABRICANTE
• El radio de la curvatura (R1 o R2) es (+) si
es convexo y (-) si es cóncavo.
• La longitud focal ƒ es (+) si es una lente
convergente y (-) si es divergente.
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FORMACIÓN DE IMÁGENES
• Rayo 1: Es un rayo paralelo al eje que pasa a través del segundo punto
focal F2 de una lente convergente o que parece provenir del primer punto
focal F1 de una lente divergente.
• Rayo 2: Un rayo que pasa a través del primer punto focal F1 de una lente
convergente o avanza hacia el segundo punto focal F2 de una lente
divergente.
• Rayo 3: Un rayo que pasa a través del centro geométrico de una lente no
se desvía.
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MÉTODO GRÁFICO
a) El objeto localizado a una distancia de más del doble
de la longitud focal. Se forma una imagen real, invertida
y de menor tamaño, entre F2 y 2F2 en el lado opuesto
de la lente.
b) El objeto está a una distancia igual al doble de la
longitud focal. Una imagen real, invertida y del mismo
tamaño se ubica en 2F2 en el lado opuesto de la lente.
c) El objeto se localiza a una distancia entre una y dos
longitudes focales de la lente. Se forma una imagen,
invertida y de mayor tamaño, más allá de 2F2 del lado
opuesto a la lente.
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d) El objeto está en el primer punto focal F1. No se forma
imagen. Los rayos refractados son paralelos.
e) El objeto se encuentra dentro del primer punto focal. Se
forma una imagen virtual, derecha y de mayor tamaño,
del mismo lado donde se encuentra el objeto.
• Las imágenes formadas en las lentes divergentes
siempre son virtuales, derechas y de menor tamaño.
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a) b)
c) d)
e)
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ECUACIÓN DE LAS LENTES
DE AUMENTO
p = Distancia al objeto.
q = Distancia a la imagen.
ƒ = Distancia focal de la lente.
“p” y “q” son (+) para objetos reales y (-) imágenes virtuales.
ƒ es (+) lentes convergentes y (-) lentes divergentes.
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AUMENTO
p = Distancia al objeto.
q = Distancia a la imagen.
y = Tamaño del objeto.
y’ = Tamaño de la imagen.
M = Aumento.
“M” es (+) si la imagen esta derecha y es (-) si la imagen esta invertida.
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COMBINACIÓN DE LENTES
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USOS DE LA COMBINACIÓN
DE LENTES
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ABERRACIONES DE LAS
LENTES
• Aberración esférica:
Es un defecto de las lentes por el cual los
rayos de los extremos se enfocan más
cerca de la lente que los rayos que entran
cerca del centro óptico de la lente.
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• Es un defecto en la lente que indica su
incapacidad para enfocar luz de diferentes
colores en el mismo punto.
Aberración cromática:
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REFERENCIA
BIBLIOGRÁFICA
Título: Física:Conceptos y aplicaciones.
Autor: Paul E. Tippens.
Editorial: McGraw – Hill.
Título: Física, Vol. 2.
Autor: Halliday, Resnick y Krane.
Editorial: CECSA
Título: Física, Sexta edición.
Autor: Wilson, Buffa y Lou.
Editorial: Pearson, Prentice Hall.
Título: Física general.
Autor: Héctor Pérez Montiel.
Editorial: Grupo editorial Patria.
Título: Física fundamental: Electromagnetismo,
principio de movimiento ondulatorio, sonido y
óptica.
Autor: R. Gallegos A., R.O. Gallegos C.
Editorial: Publicaciones Cultural.
Título: Física general.
Autor: Carlos Gutiérrez Aranzeta.
Editorial: McGraw – Hill.
Título: Física conceptual.
Autor: Paul G. Hewitt.
Editorial: Addison – Wesley Iberoamericana.